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基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价

赵洪宝 李岳 张鸿伟 刘绍强

赵洪宝, 李岳, 张鸿伟, 刘绍强. 基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价[J]. 矿业科学学报, 2024, 9(1): 77-87. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.008
引用本文: 赵洪宝, 李岳, 张鸿伟, 刘绍强. 基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价[J]. 矿业科学学报, 2024, 9(1): 77-87. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.008
ZHAO Hongbao, LI Yue, ZHANG Hongwei, LIU Shaoqiang. Evaluation of reclamation in Hequ open-pit coal mine dump: soil fertility restoration model[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2024, 9(1): 77-87. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.008
Citation: ZHAO Hongbao, LI Yue, ZHANG Hongwei, LIU Shaoqiang. Evaluation of reclamation in Hequ open-pit coal mine dump: soil fertility restoration model[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2024, 9(1): 77-87. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.008

基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.008
基金项目: 

教育部工程研究中心开放基金 LKF202001

越崎杰出学者 800015Z1179

国家自然科学青年基金 51804222

河北省生态智慧矿山联合基金 E2020402036

详细信息
    作者简介:

    赵洪宝(1980—)男,山东德州人,教授,博士生导师,主要从事矿山岩体力学与巷道围岩控制等方面的教学与研究工作。Tel:13426079538,E-mail:hongbaozhao@126.com

  • 中图分类号: TD714

Evaluation of reclamation in Hequ open-pit coal mine dump: soil fertility restoration model

  • 摘要: 以河曲旧县露天煤矿排土场为研究对象,采用模糊层次分析法(FAHP)和专家评分理论法建立了露天煤矿排土场土壤肥力综合评价模型,获得土壤结构稳定性、土壤保水能力、土壤保肥能力及土壤生物活性4项准则和25个因素,利用YAAHP计算软件确定了排土场土壤肥力恢复力各影响因素的权重。结果表明,评价体系准则层中土壤保肥能力权重最大(0.547 7),其次分别是土壤保水能力(0.198 0)、土壤生物活性(0.140 8)和土壤结构稳定性(0.113 5),因素层有机质F1权重最高(0.116 2);根据现场抽样,已复垦区的土壤质量水平要高于未复垦区的土壤质量水平,整体来看土壤质量水平均处于中等偏下和较差水平,土壤恢复力的主要因素是土壤保肥能力,特别是土壤有机质含量。土壤肥力恢复力模型为提高排土场土壤质量、加快土壤重构、促进土壤生态系统恢复提供治理思路。
  • 图  1  露天煤矿排土场土壤恢复力影响因子评价体系

    Figure  1.  Evaluation of impact factors on soil resilience of open pit coal mine dump

    图  2  样品采集与实验检测

    Figure  2.  Sample collection and testing

    图  3  外排土场复垦情况

    Figure  3.  Reclamation of Outer waste dump

    图  4  准则层对目标层权重

    Figure  4.  Weight of criterion layer to target layer

    图  5  指标层对准则层的权重

    Figure  5.  Weight of indicator layer to criterion layer

    图  6  土壤养分指标检测结果

    Figure  6.  Test results of soil nutrient indicators

    图  7  种植区域作物现状

    Figure  7.  Status quo of crops in the planting area

    图  8  复垦区域与原土区域对比

    Figure  8.  Comparison between reclaimed areas and original soil areas

    表  1  常用土壤质量指标

    Table  1.   Common soil quality indicators

    土壤质量指标分类 常见土壤质量指标
    物理指标 有效土层厚度、土壤容重、土壤质地、含水率、砾石含量、孔隙度、渗透率、团聚体稳定性、温度、渗透阻力、土壤持水性、孔径分布、黏土矿物学性质等
    化学指标 土壤有机质、pH值、电导率、土壤有机碳、全氮、碱解氮、磷和钾的全量和有效量、阳离子交换量、氧化还原率、微量元素等
    生物指标 微生物生物量碳和氮、土壤呼吸量、土壤酶活性、有机碳、土壤动物、总生物量、潜在可矿化氮、微生物种类与数量等
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    表  2  1-9标度法

    Table  2.   1-9 scale method

    标度 含义
    1 表示两个元素相比,具有相同重要性
    3 表示两个元素相比,前者比后者稍重要
    5 表示两个元素相比,前者比后者明显重要
    7 表示两个元素相比,前者比后者强烈重要
    9 表示两个元素相比,前者比后者极端重要
    2,4,6,8,10 表示上述相邻判断的中间值
    1~9倒数 若两个元素相比,前者的重要性弱于后者时,那么$a_{i j}=\frac{1}{a_{j i}} $
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    表  3  平均随机一致性指标标准值

    Table  3.   Standard values of average random consistency index

    矩阵阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    RI 0 0 0.58 0.9 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49
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    表  4  土壤养分分级指标

    Table  4.   Classification index of soil nutrients

    养分指标 极低 中上 极高
    pH值 < 4.5 4.5~5.5 5.5~6.5 6.5~7.5 7.5~ 8.5 >8.5
    有机质含量/(g·kg-1) < 6 6~10 10~20 20~30 30~40 >40
    碱解氮含量/(mg·kg-1) < 30 30~60 60~90 90~120 120~150 >150
    有效磷含量/(mg·kg-1) < 3.0 3.00~5.00 5.00~10.00 10.00~20.00 20.00~40.00 >40.00
    全氮含量/(g·kg-1) < 0.5 0.5~0.75 0.75 ~1.0 1.1~1.5 1.5~2.0 >2.0
    全磷含量/(g·kg-1) < 0.5 0.5~0.75 0.75 ~1.0 1.1~1.5 1.5~2.0 >2.0
    表层含水率/% < 15 15~17 19~21 21~23 23~25 >25
    容重/(g·kg-1) < 0.6 0.6~0.8 0.8~1.0 1.0~1.2 1.2~1.4 1.4~1.6
    注:极高、高、中上、中、低、极低主要指养分指标,对应pH值表征的土壤酸碱度分别为强碱、弱碱、中上、中、微酸强酸、强酸。
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    表  5  土壤肥力分级标准

    Table  5.   Soil fertility grading rubric

    肥力等级 一般 中等
    E >80 60~80 40~60 20~40 < 20
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    表  6  准则层和因素层判断矩阵一致性检验结果

    Table  6.   Consistency test results of criterion and factor judgment matrices

    判断矩阵 λmax CI RI 是否通过一致性检验
    A 4.201 9 0.067 3 0.075 6
    A1 6.418 9 0.067 3 0.066 5
    A2 4.123 2 0.067 3 0.046 1
    A3 10.140 6 0.067 3 0.097 7
    A4 4.582 6 0.067 3 0.092 5
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    表  7  复垦前后土壤指标平均值统计

    Table  7.   Average soil indicators before and after reclamation

    排土场 pH值 有机质含量/(g·kg-1) 碱解氮含量/(mg·kg-1) 有效磷含量/(mg·kg-1) 全氮含量/(g·kg-1) 全磷含量/(g·kg-1) 容重/(g·cm-3) 表层含水率/%
    4 8.89 4.12 5.39 4.88 1.70 1.34 0.59 6.18
    4 8.27 12.28 11.35 9.13 2.80 2.31 0.89 10.28
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-30
  • 修回日期:  2023-07-07
  • 刊出日期:  2024-02-29

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